二氧化硅氣凝膠是一種新型納米孔無機防火保溫材料，是在保持凝膠骨架結構完整的情況下，將凝膠內溶劑干燥后的產物，是目前最輕、保溫性能最好的固體保溫材料。

 

二氧化硅氣凝膠具有納米多孔結構（孔徑為1～100μm），低密度（180～250kg/m3），低導熱系數［0.013～0.018W/（m·K）］，高孔隙率（80%～95%），高比表面積（200～1000m2），在600℃前幾乎不發生收縮現象，具有突出的防火性能（溫度達1200℃時才會熔化），可應用于航天、軍事、冶金、醫療、建筑等領域。

 

2．氣凝膠特點

 

二氧化硅納米氣凝膠是一種由處于納米級范疇的微粒子組成的固體材料，氣凝膠中大量細小氣孔的尺寸為納米級，并具有極高孔隙率和比表面積，這些結構特點可有效降低熱量傳播，使固態熱傳導率僅為均質材料熱導率的0.2%左右，限制了空氣分子在材料內部的對流，從而抑制了對流傳熱，并對熱輻射形成阻礙效應，顯示出了對熱輻射的高遮擋效率，納米氣凝膠的導熱系數一般低于0.02 W/（m·K），甚至可達到0.013 W/（m·K）。

 

二氧化硅氣凝膠中空氣的比例至少占90%以上，空氣為熱的不良導體，其導熱系數約為0.01 W/（m·K），故是最好的熱傳導隔熱材料。在0℃～100℃之間的導熱系數只有0.01～0.02 W/（m·K）。

 

二氧化硅氣凝膠納米級左右的孔隙（通常尺寸低于100μm），導致水蒸氣可以透出，但水卻無法滲入，從而具有極好的防水性能。

 

二氧化硅氣凝膠由于納米微珠的粒徑接近于紅外線的波長，可反射90%以上的紅外線熱輻射，因此也是很好的自控相變保溫材料，由于阻止熱量通過各種材質表面，減少二氧化碳的排放，同時自身不含任何對人體有害物質，是非常綠色的保溫材料。

 

二氧化硅氣凝膠具有1%～3%的微膨脹性，實現了自身或加入到其他膠凝材料中（如水泥、石膏）不含因收縮造成的裂紋問題。

 

二氧化硅氣凝膠自身組成的納米硅基材料和在納米纖維的輔助下呈現網狀相互拉伸結構，與空氣中的二氧化碳、水分相互反應，在表面形成保護層，從而形成高抗壓強度，材料中的羥基可與墻體形成高滲透統一體，其干態粘結力與濕態粘結保值率都有極高的性能值。因此可用在各類建筑的外墻、屋面、分戶隔墻、樓梯間、吊頂等需要保溫、隔熱功能的地方。

 

3．卡博特氣凝膠產品特點

 

   卡博特公司是一家專門生產特種化學品和高性能材料的全球性公司,其總部位于美國馬薩諸塞州波士頓市。卡博特為世界各地的運輸、基礎設施、環保和服務行業的客戶提供廣泛的產品應用和解決方案。主要產品有橡膠炭黑、特種炭化學品、活性炭、氣相金屬氧化物、噴墨色漿、氣凝膠、彈性體復合材料、母粒和甲酸銫鉆井流體等。生產的產品可增強輪胎、海底管線、保溫材料、噴墨打印等產品的性能。

 

卡博特的氣凝膠產品包括 Lumira 品牌氣凝膠和Enova品牌氣凝膠。相比同類產品，卡博特氣凝膠除了具有氣凝膠產品固有的低密度、低導熱系數、高孔隙率、高比表面積等優勢外，還具有三個特點：

（1）生產工藝穩定，產品質量好。氣凝膠產品大多采用“超臨界”生產工藝，在超臨界條件下（高壓、高溫）需要批量處理可燃熔劑，存在火災危險性，生產能耗高，使用的母體聚多硅氧烷四乙基原硅酸鹽價格昂貴，卡博特采用“次臨界”生產工藝，克服“超臨界”生產工藝的缺陷，其生產工藝穩定，產品質量好。示意見圖1。

 

（2）連續化生產，生產成本低。由于卡博特采用“次臨界”生產工藝，不需要在超臨界條件下（高壓、高溫）批量處理可燃熔劑，生產保持連續化，并降低了生產能耗，降低了生產成本。

 

（3）產品應用范圍廣泛。產品可用于工業保溫，包括保溫涂料、保溫毯氈、管道壓縮包；建筑保溫包括氣凝膠玻璃、保溫板、真空絕熱板、保溫砂漿、建筑涂料；特殊應用，包括補強劑、導光劑等。

 

4．卡博特氣凝膠產品應用

 

卡博特氣凝膠制造工廠位于德國法蘭克福附近，于 2003 年開始商業化生產，產品被廣泛應用于商業建筑和住宅建筑，包括氣凝膠采光系統、建筑保溫板、保溫砂漿、保溫涂料，在歐美有較多應用案例。

 

（1）弗吉尼亞州瑞德福大學Dedmon 運動中心。

 

Dedmon 中心原來的膜結構屋頂更換為由兩層 PTFE 織物夾毯狀氣凝膠的三明治膜結構，從而達到超高的保溫性能。毯狀氣凝膠的厚度不足 50 mm，但保溫性能是原來屋頂的三倍多 ，傳熱系數為0.47 W/（m2·K），自然光穿透率為 3.5%。完成后的屋頂修整結果以及紅外圖像測試見圖2。在寒冷的冬天晚上，與鄰接的傳統絕緣屋頂 (B) 和結構與原來競技場屋頂類似的游泳池兩層織物屋頂 (C) 相比較，競技場屋頂的溫度 (A) 明顯較低。室外環境溫度為-3.3°C，室內溫度為 20°C。

 

（2）法國Souchais Carquefou體育館。

 

   體育館改造采用PC 板和Lumira氣凝膠微粒相結合（圖3），改造后傳熱系數值為0.89 W/（m2·K），使光線變成柔和的散射光，并可減少噪音干擾。在成本、熱性能、聲學性能、視覺舒適和美觀之間取得平衡，為建筑設計師和發展商提供一個吸引人的、遵循法國 HQE能源管理和環境影響方案的實用方法（圖4）。

 

5.卡博特氣凝膠產品推廣應用

 

   卡博特作為化學原材料產品供應商，其氣凝膠產品在中國的發展策略是，積極尋求下游產品供應商，建立合作伙伴關系，提供高品質的氣凝膠產品，合作開發適用于工業和建筑的保溫材料。